现浇混六层框架结构设计计算书.doc

[摘要] 框架结构由梁和柱连接而成的。框架结构按所用材料的不同，可分为钢框架和钢筋混泥土框架。钢框架结构用钢量大，造价高耐火耐腐蚀性能差。由于钢筋混泥土结构造价低廉，取材方便，耐久性好，可模性好等特点。因此，多采用此种材料。此六层办公楼结构设计即采用钢筋混凝土结构。其结构布置，既满足生产工艺和建筑平面布置的要求，又使结构设计合理，施工方便。采用横墙承重方案，有利于提高建筑物横向抗侧刚度。竖向荷载采用分层计算法，水平荷载D值法。选取控制截面，进行最不利内力组合，根据组合值进行梁、板、柱的配筋。同时，考虑抗震设防要求。
[关键词] 多层建筑 混凝土框架结构 D值法 分层法 抗震设计
Abstract: Framed structures consist of beams and columns .On the basis of the different materials ,the framed structures can be divided into two parts: steel structure and reinforce concrete framed structures. About steel structures ,the quantity of the steel use is great ,the expense is high, the capacity of resisting etch ,watertight is worse ,while because of the character included the low expense ,the convenience materials ,good endurance ,the reinforce concrete framed structures. Its structure arrangement can meet the productive arts and make the structure subjects to loads rationally easily enhance the horizontal rigidity. The vertical loads are calculated in the layering method ,and the horizontal loads in the method of value “D” .Choose the controllable section to aggregate the most dangerous loads according to the results to reinforce, at the same time, consider the demands the anti- earthquake establishes to defend.
[Keyword] Multi-ply construction Reinforced concrete framed structure
Layering method Method of value “D”
The anti- earthquake establishes to defend

目 录
1 设计资料………………………………………………………………………………1
2 结构布置及结构计算简图……………………………………………………………2
2.1 梁柱截面尺寸……………………………………………………………………2
2.2 结构计算简图及梁柱线刚度 …………………………………………………2
3 地震作用下的内力 …………………………………………………………………3
3.1 线荷载、集中荷载………………………………………………………………3
3.2 荷载代表值………………………………………………………………………6
3.3 梁柱线刚度………………………………………………………………………7
3.4 框架柱的侧移刚度D值…………………………………………………………7
3.5 水平地震作用和标准值和位移…………………………………………………7
3.6 水平地震作用下横向框架内力…………………………………………………9
4 荷载计算………………………………………………………………………………11
4.1 恒荷载……………………………………………………………………………11
4.2 风荷载……………………………………………………………………………11
4.3 活荷载……………………………………………………………………………12
5 内力计算………………………………………………………………………………12
5.1 恒荷载作用下内力………………………………………………………………12
5.2 活荷载作用下内力………………………………………………………………16
5.3 风荷载作用下内力………………………………………………………………20
6 内力组合………………………………………………………………………………22
6.1 梁柱控制截面……………………………………………………………………22
6.2 梁的内力组合……………………………………………………………………22
6.3 柱的内力组合……………………………………………………………………22
7 配筋计算………………………………………………………………………………23
7.1双向板的配筋………………………………………………………………………23
7.2梁柱的配筋…………………………………………………………………………28
参考文献………………………………………………………………………………31
致谢…………………………………………………………………………………32

现 浇 混 凝 土 多 层 框 架 结 构 设 计

某六层办公楼，采用现浇框架结构，建筑平面图如图1、剖面图如图2所示，主体结构应达三级抗震要求。
1 设 计 资 料
（1）设计标高：室内设计标高+0.000相当于绝对标高4.400m，室内外高差600mm。
（2）墙身做法：墙身为普通机制砖填充墙，用M5混合砂浆砌筑。内粉刷为混合砂浆底，纸筋灰面，厚20mm；外粉刷为1:3水泥砂浆底，厚20mm,陶瓷锦砖贴面。
（3）楼面做法：楼板顶面为20mm厚水泥啥浆找平，5mm厚1:2水泥砂浆面层，楼板底面15mm厚纸筋面石灰抹底，涂料两度。
（4）屋面做法：现浇楼板上铺膨胀珍珠岩保温层（檐口处厚100mm，2%自两侧檐口向中间找坡），1:2水泥砂浆找平厚20mm，二毡三油防水层，撒绿豆砂保护。
（5）门窗做法：门厅处为铝合金门窗，其它均为木门，钢窗。
（6）基本风压：ω0=0.55KN/m2
（7）活荷载： 屋面活荷载1.5KN/m2，楼面活荷载1.5KN/m2，走廊楼面
荷载2.0KN/m2。
（8）地质资料：属∏类建筑场地：

2 结 构 布 置 及 结 构 计 算 简 图

2.1 梁柱截面尺寸
结构平面布置如图1—2所示。各梁柱截面尺寸确定如图示：
边跨（AB、CD跨）：取h=L/12=×6000=500mm，取b=250mm；
中跨（BC跨）：取h=400mm，b=250mm；
边柱（A轴、D轴）连系梁，取b×h=250mm×500mm；
中柱（B轴、C轴）连系梁，取b×h=250mm×400mm；
柱截面均为b×h=300mm×450mm；
现浇楼板厚100mm。
2.2 结构计算简图及线刚度
结构计算简图如图4所示：
根据地质资料，求得底层层高为4.3m。各梁柱构件的线刚度经计算后列于图1—3。
其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，取I=2I0(I0为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩)

AB、CD跨梁：i=2E××0.25×=8.68×10-4E(m3)
BC跨梁： i=2E××0.25×=10.67×10-4E(m3)
上部各层柱： i=E××0.30×=7.12×10-4E(m3)
底层柱： i=E××0.3×=5.30×10-4E(m3)

3 地 震 作 用 下 的 内 力
3.1 线荷载、集中荷载
（1）屋面框架梁线荷载标准值：
20mm厚1:2水泥砂浆找平 0.02×20=0.4KN/m2
100～140mm厚（2%找坡）膨胀珍珠岩 ×7=0.84KN/m2
100mm厚现浇钢筋混凝土楼板 0.10×25=2.5KN/m2
15mm厚纸筋石灰抹底 0.015×16=0.24KN/m2
屋面恒荷载 3.98KN/m2
边跨（AB、CD跨）框架梁自重 0.25×0.50×25=3.13KN/m
梁侧粉刷 2×(0.5－0.1)×0.02×17=0.27KN/m
中跨(BC跨）框架梁自重 0.25×0.40×25=2.5KN/m
梁侧粉刷 2×(0.4－0.1)×0.02×17=0.2KN/m
因此，作用在顶层框架梁上的线荷载为：
g6AB1=g6AB2=3.4KN/m
g6BC1=2.7KN/m
g6AB2=g6AB2=3.9×3.9=15.52KN/m
g6BC2=3.98×2.5=9.95KN/m
（2）楼面框架梁线荷载标准值
25mm厚水泥沙浆找平层
0.025×20=0.50 KN/m2
100mm现浇钢筋混泥土楼板
0.01×25=2.5 KN/m2
15mm纸筋抹石灰灰
0.015×16=2.5 KN/m2
楼面横荷载
3.24 KN/m2
边跨框架及梁侧粉刷
3.4KN/m
边跨填充墙自重
0.24×（3.2-0.5）×19=12.31KN/m
墙面自重
（3.2-0.5）×0.02×2×17=1.84KN/m
中跨框架梁及侧梁自重
2.7KN/m
因此，作用在中间层框架梁上的线荷载为： gAB1=gCD1=3.4+14.5=17.55KN/m
gBC1=2.7KN/m
gAB2= gCD2=3.24×3.9=12KN/m
gBC2=3.24×2.5=8.1KN/m
（3）屋面框架节点集中荷载标准值
边柱连系梁自重 0.25×0.50×3.9×2.5=12.19KN
粉刷 0.02×(0.50-0.01)×2×3.9×17=1.06KN
1m高女儿墙自重 1×3.9×2×0.24×19=17.78KN

粉刷 1×0.02×2×3.9×17=2.65KN
连系梁传来屋面自重 0.5×3.9×0.5×3.9×3.98=15.13KN
顶层边节点集中荷载 G6A=G6D=48KN
中柱连系梁自重 0.25×0.4×3.9×25=9.75KN
粉刷 0.02×(0.40-0.01)×2×3.9×17=0.8KN
连系梁传来屋面自重 0.5×(3.9＋3.9-2.5)×1.25×3.98=13.1KN
0.5×3.9×0.5×3.9×3.98=15.13KN
顶层中节点集中荷载 G6B=G6C=38.86KN
（4）楼面框架节点集中荷载标准值
边柱连系梁自重 12.19KN
粉刷 1.06KN
钢窗自重 3.0×1.8×0.45=2.43KN
窗下墙体自重 0.24×0.9×3.6×19=14.7KN
粉刷 2×0.02×0.9×3.6×17=2.20KN
窗边墙体自重 0.60(3.2-1.4)0.2419=4.92KN
粉刷 0.60×(3.2-1.4)×2×0.02×17=0.73KN
框架柱自重 0.30×0.45×3.2×25=10.8KN
粉刷 0.78×0.02×3.2×17=0.85KN
连系梁传来楼面自重 0.5×3.9×0.5×3.9×3.24=12.32KN
中间层边节点集中荷载 GA=GD=62.72KN
中柱连系梁自重 9.75KN
粉刷 0.8KN
抠除门洞重加上门重 -2.1×1.0×(5.24-0.2)=-10.58KN
内纵墙自重 3.6×(3.2-0.24)×0.24×19=45.96KN
粉刷 3.6×(3.2-0.24)×2×0.02×17=6.85KN
框架柱自重 10.8KN
粉刷 0.85KN
连系梁传来屋面自重 0.5×(3.9＋3.9－2.5)1.25×3.24=10.73KN
0.5×3.9×1.95×3.24=12.32KN
中间层中节点集中荷载 GB=GC=87.48KN

3.2 荷载代表值
（1）屋面均布重力荷载代表值计算
G=PEA
G6=3.98×（27.6×14.95m2）=1643KN
G女儿墙=2×（27.6＋14.95）×0.24×19=388.1KN
（2）楼面均布重力荷载代表值
G5=G4=G3=G2=G1=3.24×（27.6×14.95m2）=1337KN
（3）标准层梁柱重力荷载代表值（表1）
表1
构件
r
b
h
Li
n
Gi=βrbhnLi
边横梁
25
0.25
0.5
5.55
16
277.5KN
中横梁
25
0.25
0.4
2.05
8
41KN
纵梁
25
0.25
0.5
3.45
28
301.9KN
柱
25
0.30
0.45
3.2
32
345.6KN
∑Gi=966KN
钢窗自重：2.43×16=38.88KN
标准层墙体自重：(27.6×3.2－3×1.8×8＋14.95×3.2)2×25×0.24＝847.8KN
质点重力荷载代表值计算表（表2 单位：KN）
表2
项次
荷载项目总重力代表值
6层
2～5层
1层
1
横梁
318.5
318.5
318.5
2
纵梁
301.9
301.9
301.9
3
柱
345.6
345.6
464.4
4
墙体
936.6
936.6
936.6
5
楼层
1643
1337
1337
6
女儿墙
388.1
0
0
7
Gi=1+2+3+4+5+6
3884
3190
3736

3.3 梁、柱线刚度
（1）梁的线刚度：
为了简化计算，框架梁截面惯性矩增大系数均取1.2
AB、CD跨梁：Kb=1.2iAB=1.2×8.68×10-4E=10.416×10-4E
BC跨梁： Kb=1.2iBC=1.2×10.67×10-4E=12.804×10-4E
(2)柱的线刚度：
底层： Kc=ic=5.30×10-4E
其它层： Kc=ic=7.12×10-4E
3.4 框架柱的侧移刚度D值：
构件
K=
α=
D=
A
1.46
0.42
3.5×10-4E
B
3.26
0.62
5.17×10-4E
C
3.26
0.62
5.17×10-4E
D
1.46
0.42
3.5×10-4E
∑D=17.34×10-4E ×8=353736KN/m(2～6层柱)
构件
K=
α=
D=
A
1.97
0.62
2.13×10-4E
B
4.38
0.76
2.61×10-4E
C
4.38
0.76
2.61×10-4E
D
1.97
0.62
2.13×10-4E
∑D=9.48×10-4E ×8=193392KN/m(底层柱)
3.5 水平地震作用标准值和位移
（a）、框架自振周期
T1=0.33+0.00069=0.33+0.00069×=0.42 S
多遇地震作用下，设防烈度为7度； 查中国建筑工业出版社，2002年版《建筑结构抗震设计》表3—3得αmax=0.08；由地质资料可知属于∏类场地，设计地震分组为第二组，查中国建筑工业出版社，2002年版《建筑结构抗震设计》表3—2得特征周期值 Tg=0.40 S
α1=αmax=×0.08=0.076
因为T1=0.42<1.4 Tg=0.56,所以不考虑顶部附加水平地震作用，即δn=0
(b)、结构总水平地震作用标准值（见下图 ）

框架等效总重力荷载代表值： Geq=0.85 GE=0.85×20380=17323KN
FEK=α1 Geq=0.076×17323=1317KN
（c）地震作用下的侧移验算（表5）
6 6
Fi= GiHi / ∑ GjHj ×FEK △U= Vik/ ∑ Dij
i=1 j=1
表5
层
数
Hi(m)
Gi(KN)
GiHi(KN·m)
Fi(KN)
Vik(KN)
∑D(KN/m)
△U（m）
6
20.3
3884
78845
412
412
353736
0.0012
5
17.1
3190
54549
285
697
353736
0.0020
4
13.9
3190
44341
232
929
353736
0.0026
3
10.7
3190
34133
178
1107
353736
0.0031
2
7.5
3190
23925
125
1232
353736
0.0035
1
4.3
3736
16061
84
1316
193392
0.0068
∑

251858

注：底层：△U/h=0.0068/4.3=（1/633）<（1/550）
2层：△U/h=0.0035/3.2=（1/915）<（1/550）,满足要求
(d)对于边跨梁端弯矩，由节点平衡原理计算 Mbi=
对于中跨梁端弯矩，由于梁端弯矩与梁的线刚度成正比，因此
M M
3.6 水平地震作用下横向框架内力
（a）边柱-柱端轴线地震弯矩Mec和梁边地震弯矩ME设计值（表6 KN·M）
层数
H柱
（m）
D
（KN/m）
∑D
（KN/m）
K
y0
vim
（KN）
M下ec
（KN·M）
M上ec
（KN·M）
6
3.2
3.5×10-4E
138.72×10-4E
1.46
0.37
10.40
12.31
20.97
5
3.2
3.5×10-4E
138.72×10-4E
1.46
0.42
17.59
23.64
32.65
4
3.2
3.5×10-4E
138.72×10-4E
1.46
0.45
23.44
33.75
41.25
3
3.2
3.5×10-4E
138.72×10-4E
1.46
0.47
31.09
46.76
52.76
2
3.2
3.5×10-4E
138.72×10-4E
1.46
0.50
34.60
55.36
55.36
1
4.3
2.1×10-4E
75.84×10-4E
1.97
0.60
60.96
93.36
63.57
（b）中柱-柱端轴线地震弯矩Mec（表7 KN·M）

层数
6
5
4
3
2
1
H柱（m）
3.2
3.2
3.2
3.2
3.2
4.3
V（KN）
412
697
929
1107
1232
1316
D（KN/m）
5.17×10-4E
5.17×10-4E
5.17×10-4E
5.17×10-4E
5.17×10-4E
2.61×10-4E
∑D（KN/m）
138.72×10-4E
138.72×10-4E
138.72×10-4E
138.72×10-4E
138.72×10-4E
75.84×10-4E
vim（KN）
15.35
25.98
34.62
41.26
45.92
45.29
K
3.26
3.26
3.26
3.26
3.26
4.38
y0
0.45
0.47
0.50
0.50
0.50
0.55
M下ec（KN·m）
22.36
39.07
55.39
66.02
73.47
107.11
M上ec（KN·m）
27.02
44.06
55.39
66.02
73.47
107.11
M下i，j M上i+1，j
27.02
66.42
94.46
121.41
139.49
161.11
MBA梁
12.12
29.79
42.37
54.46
65.67
72.27
MBC梁
14.90
36.63
52.09
66.95
76.92
88.84
M= vim y0hi M= vim （1-y0）hi vim=×v
（C）梁端剪力和柱轴力标准值（表8 KN）
表8
层数
6
5
4
3
2
1
AB
跨
梁
L（m）
6
6
6
6
6
6
ME左（KN.m）
20.97
44.96
64.89
86.48
102.12
118.93
ME右（KN.m）
12.12
29.79
42.37
54.46
65.57
72.27
VE=（ME左+ ME右）/L（KN）
5.52
12.46
17.88
123.49
27.95
31.87
BC
跨
梁
L（m）
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
ME左（KN.m）
14.90
36.63
52.09
66.95
76.92
88.84
ME右（KN.m）
14.90
36.63
52.09
66.95
76.92
88.84
VE=（ME左+ ME右）/L（KN）
11.92
29.3
41.67
53.56
61.54
71.07
柱轴力
边柱A（KN）
5.52
17.98
35.86
59.35
87.30
119.17
中柱B（KN）
11.92
41.22
82.89
136.45
197.99
269.06
图5 地震荷载作用下框架内力图

4 荷 载 计 算
4.1 恒荷载
恒荷载作用下的计算简图如图6所示。
4.2 风荷载：
风压标准值计算公式：ω=βz·μs·μz·ω0
ω0—— 基本风压值0.55KN/m2
μs—— 风载体型系数，因为是矩形平面取1.3
μz—— 风压高度变化系数，查《荷载规范》
βz——高度处的风振系数，结构高度H=20.3〈 30m，取βz=1.0；
计算过程见下表：将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，其中Z为框架节点到室外地面的高度，A为一榀框架各层节点的受风面积。

风 荷 载 计 算 表
表9
楼层
βz
μs
Z(m)
μz
ω0(KN/m)
A(m2)
PW(KN)
6
1.0
1.3
19.8
1.246
0.55
10.14
9.03
5
1.0
1.3
16.6
1.175
0.55
12.48
10.48
4
1.0
1.3
13.4
1.090
0.55
12.48
9.72
3
1.0
1.3
10.2
1.006
0.55
12.48
8.97
2
1.0
1.3
7.0
0.880
0.55
12.48
7.85
1
1.0
1.3
3.8
0.608
0.55
13.65
5.93
4.3 活荷载
楼面活荷载作用下的计算简图如图7所示。
图中各荷载值计算如下：
（1）顶层:
P6AB=P6CD=1.5×3.9=5.85KN/m
P6BC=1.5×2.5=3.75KN/m
P6A=P6D=0.5×3.9×0.5×3.9×1.5=5.7KN
P6B=P6C=0.5×（3.9+3.9-2.5）×1.25×2+0.25×3.9×3.9 ×1.5=12.33KN
（2）标准层：
PAB=P6CD=1.5×3.9=5.0KN/m
PBC=2.0×2.5=3.75KN/m
PA=PD=0.5×3.9×0.5×3.9×1.5=5.7KN
PB=PC=0.5×（3.9+3.9-2.5）×1.25×2+0.25×3.9×3.9×1.5=12.33KN

5 内 力 计 算
5.1恒载作用下内力
恒载（竖向荷载）作用下的内力计算采用分层如图8：
梁上分布荷载由梯形和矩形组成，先将梯形和三角形分布荷载等效为均布荷载再计算。
把梯形荷载化作等效均布荷载，如图9所示：

（1）顶层
g’边=g6AB1＋（1－2α2＋α3）×g6AB2＝3.4＋（1－2×0.3252＋0.3253）×15.52＝16.18KN/m
g‘中＝g6bc1＋×g6bc2＝2.7＋×9.95＝8.93KN/m
各杆固端弯矩（对称性）
MAB=-g’边L2边=-×16.18×62=-48.54KN·m MBA=48.54KN·m
MBE=-1/3 g‘中L2中=-1/3×8.93×1.252=-4.66KN·m
MEB=-1/6 g‘中L2中=-1/6×8.93×1.252=-2.33KN·m
分层计算法计算恒载作用下内力如图10（a）所示：
（2）中间层（如图10（b））
g’边=gAB1＋（1－2α2＋α3）×gAB2＝17.55＋（1－2×0.3252＋0.3253）×12.64＝27.99KN/m
g‘中＝gbc1＋×gbc2＝2.7＋×8.1＝7.76KN/m
固端弯矩
MAB=- g’边L2边=-×27.99×62=-83.85KN·m MBA=83.85KN·m
MBE=- g‘中L2中=-×7.76×1.252=-4.04KN·m
MEB=- g‘中L2中=-×7.76×1.252=-2.02KN·m

将各层分层法求得的弯矩图叠加，可得整各框架结构在恒载作用下的弯矩图。叠加后框架内各节点弯局并不一定能达到平衡，这是由于分层法计算的误差造成的。为提高精度，可将节点不平衡弯矩再分配一次进行修正。
（3）底层计算结果如图10（c）所示：

（3）梁柱轴力、剪力计算简图如图13示：

5.2 活荷载作用下内力
（1）、顶层
P’AB6=（1－2α2＋α3）PAB6＝（1－2×0.3252＋0.3253）×5.85＝4.82KN/m
P‘BC6＝Pbc6＝×3.75＝2.34KN/m

MAB6=- P’AB6L2=-×4.82×62=-14.46KN·m MBA6=14.46KN·m
MBE6=- P‘BC6L2=-×2.34×1.252=-1.22KN·m
MEB6=- P‘BC6L2=-×2.34×1.252=-0.61KN·m
办公室楼面活荷载1.5KN/m2,走廊活荷载标准值2.0KN/m2均小于5KN/m2,所以此多层框架可采用活荷载满布，为安全起见，跨中弯矩乘以1.1的增大系数。
（2）、楼面活荷载满布计算如下：（1～5层）
P’AB=（1－2α2＋α3）PAB＝（1－2×0.3252＋0.3253）×5.85＝4.82KN/m
P‘BC＝Pbc＝×5＝3.13KN/m
MAB=- P’ABL2AB=-×4.82×62=-14.46KN·m MBA=14.46KN·m
MBE=-P‘BCL2BC=-×3.13×1.252=-1.63KN·m
MEB=- P‘BCL2BC=-×3.13×1.252=-0.82KN·m
用分层法求顶层、中间层、底层的弯矩如图14所示：

5.3 风荷载作用下内力
风荷载作用下的结构计算简图如图18所示：

内力计算采用D值法，其中由《混泥土结构 混泥土建筑结构设计》，2002年第2版，中国建筑工业出版社。附11—3、11—4中查得y1=y2=y3=0,即y=y0：
2～6层柱D值的计算 表10
构件名称

∑D
A轴柱
1.22
0.38
3.17

16.02
B轴柱
2.72
0.58
4.84
C轴柱
2.72
0.58
4.84
D轴柱
1.22
0.38
3.17
底层柱D值的计算（横向） 表11
构件名称

∑D
A轴柱
1.64
0.59
2.03

9.32

B轴柱
3.65
0.73
2.63
C轴柱
3.65
0.73
2.63
D轴柱
1.64
0.59
2.03

图19风荷载作用下的内力计算

Mij上=Vijh（1-y0） Mij下=Vijhy0

图20风荷载作用下内力图

6 内 力 组 合